DE102004053448A1

DE102004053448A1 - Component structure used in high building structures comprises a first component formed as a corner handle of a braced mast or tower and a second component formed as a pot of a pod

Info

Publication number: DE102004053448A1
Application number: DE200410053448
Authority: DE
Inventors: Klaus Huesemann-Lammert
Original assignee: Individual
Current assignee: Rautaruukki Oyj
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-11

Abstract

Component structure comprises a first component formed as a corner handle (2) of a braced mast or tower and a second component formed as a pot (1) of a pod. Preferred Features: The first component is the support construction of a loading crane and the second component receives power from the lifting processes. The pot or corner handle have grooves (3) in the region of the connecting site of the corner handle. The ends of the grooves are provided with a rounded section (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung und eine Gestaltung von zumindest zwei miteinander zu verbindenden Teilen.The The present invention relates to a connection arrangement and a Design of at least two parts to be joined together.

Verbindungsanordnungen der vorgenannten Art werden häufig im Stahlbau, insbesondere im Hochbau, verwendet, um einzelne Tragwerkselemente zusammengesetzter Tragstrukturen zu verbinden.connecting arrangements Of the aforementioned type are common used in steel construction, especially in building construction, to individual structural elements composite supporting structures.

Dazu werden zur Verbindung der Tragwerkselemente vorzugsweise Schraubbolzen eingesetzt, die ein Verspannen der Tragwerkselemente ermöglichen. Bei der Montage der Tragwerkselemente werden vorhandene Durchgangslöcher in eine Überdeckungsposition gebracht. Anschließend wird ein Gewindebolzen in eine Gewindemutter eingeschraubt und mit einem gegebenen Moment angezogen, so dass eine Vorspannkraft erzeugt wird, die die zu verbindenden Elemente der Tragstruktur aufeinander presst.To are for connecting the structural elements preferably bolt used, which allow a distortion of the structural elements. When mounting the structural elements existing through holes in a covering position brought. Subsequently a threaded bolt is screwed into a threaded nut and with tightened at a given moment, so that generates a biasing force is pressed against each other, the elements to be connected to the support structure.

Hierbei wird die Vorspannkraft so bemessen, dass die durch das Eigengewicht oder z.B. durch Windlasten oder den Betrieb auftretende Belastungen nicht zu einer schädlichen Querkraftbelastung der Bolzenverbindung führen.in this connection the preload force is calculated so that the by its own weight or e.g. wind loads or operation occurring loads not a harmful one Guide the lateral force load on the bolt connection.

Vielmehr werden die auftretenden Kräfte durch die kraftschlüssige Verbindung der Tragwerkselemente übertragen. Verbindungen dieser Art sind vor allem im Bereich des Stahlhochbaus zu finden. Eine besondere Bedeutung kommt den angeführten Verbindungen z.B. bei Windkraftanlagen und bei Krantürmen zu.Much more the forces are transmitted the non-positive Transfer connection of the structural elements. Compounds of this Art are mainly found in the field of structural steelwork. A Of particular importance is the cited compounds, e.g. at Wind turbines and tower cranes to.

Hier existieren bereits Ansätze den Kraftfluss innerhalb z.B. einer Mastkonstruktion zu vergleichmäßigen. In der CH 494327 wird z.B. von einem Fachwerk aus Stahl, z.B. in Form eines Mastes, ausgegangen, dessen Eckstiele aus einzelnen Elementen bestehen und wobei diese Elemente zumindest über einen Teil ihrer Länge innerhalb ihrer Elastizitätsgrenze gekrümmt sind. Die Eckstiele (2) erfahren somit nicht mehr an bestimmten Punkten eine Richtungsänderung, sondern es wird eine kontinuierliche Krümmung der Eckstiele (2) erreicht. Aus diesem kontinuierlichen geometrischen Verlauf resultiert eine gleichmässigere Belastung der Konstruktion, was sich wiederum günstig auf die Dimensionierung der Eckstiele (2) auswirkt.Here already approaches exist to even out the power flow within eg a mast construction. In the CH 494327 For example, it is assumed that a framework made of steel, for example in the form of a mast, whose corner handles consist of individual elements and wherein these elements are curved at least over part of their length within their elastic limit. The corner handles ( 2 ) no longer experience a change of direction at certain points, but instead a continuous curvature of the corner stems ( 2 ) reached. From this continuous geometric shape results in a more uniform load on the construction, which in turn favorable to the dimensioning of the corner handles ( 2 ).

Insbesondere bei der Gestaltung der Verbindung von Windenergieanlagen, welche einen Turm und eine Gondel aufweisen, gewinnt das Problem des durch Kraftspitzen gekennzeichneten Überganges von Kräften innerhalb der Tumkonstruktion an Bedeutung. In der Gondel befindet sich ein Generator, der einen Rotor mit mindestens einem Rotorblatt aufweist.Especially in the design of the connection of wind turbines, which a tower and a gondola wins the problem of Force peaks marked transition of forces within the Tumkonstruktion in importance. Located in the gondola a generator having a rotor with at least one rotor blade.

Der Rotor wirkt dabei als Hebel u.a. für die am Rotor auftretenden Windkräfte. Deshalb werden an der Verbindungsstelle von der Gondel zu den Eckstielen (2) des Turmes, welche im Folgenden mit dem Begriff Topf (1) bezeichnet wird, hohe Kräfte wirksam. Daneben bewirkt die Rotation der Rotorblätter einen Wechsel zwischen Schub- und Zugspannung auf die Verbindungsstelle zwischen den Eckstielen (2) und dem Topf (1) unterhalb des Rotors.The rotor acts as a lever among others for the wind forces occurring on the rotor. Therefore, at the junction from the nacelle to the corner posts ( 2 ) of the tower, hereinafter referred to as pot ( 1 ), high forces are effective. In addition, the rotation of the rotor blades causes a change between shear and tensile stress on the junction between the corner stems ( 2 ) and the pot ( 1 ) below the rotor.

Weiterhin folgt die Gondel in Ihrer Ausrichtung der Windrichtung, woraus eine weitere Änderung der Belastungsrichtung für die Verbindung resultiert.Farther follows the nacelle in your orientation of the wind direction, from which one further change the loading direction for the connection results.

Bei dem Übergang von den Eckstielen (2) zur Gondel sind auf Grund der Bauteilgeometrien und/oder des Baumaterials unterschiedliche Steifigkeiten vorhanden.At the transition from the corner stems ( 2 ) to the nacelle different stiffnesses are present due to the component geometries and / or the building material.

Daraus resultieren im Zusammenwirken mit den oben genannten Kräfteverhältnissen Spitzen im Kraftverlauf innerhalb der Tragwerkselemente, welche zu schädlichen Belastungen der Tragwerkselemente oder/und der Elemente der Bolzenverbindung führen können.from that result in interaction with the above-mentioned balance of power Tips in the course of force within the structural elements, which too harmful May cause stress on the structural elements and / or the elements of the bolt connection.

Die während des Betriebes der Windkraftanlage auftretenden Kräfte, führen zudem zu Turmschwingungen und verursachen unter bestimmten Bedingungen auch eine elastische Verformung und damit eine wiederkehrende Veränderung der Planebenheit des Lagerflansches des Azimutwälzlagers von Windkraftanlagen. Diese Lagerflansche der Azimutwälzlager erfüllen dann nicht mehr die von der Herstellern der Wälzlager geforderten engen Toleranzen in Bezug auf die Planebenheit, welche für den sicheren Betrieb und die rechnerische Lebensdauer erforderlich sind. Die genannten Betriebszustände und die daraus resultiernden elastischen Verformungen können die Lebensdauer des Wälzlagers erheblich vermindern und im schlimmsten Fall auch zu dessen Zerstörung führen.The while the operation of the wind turbine forces occur, also lead to tower vibrations and cause under certain conditions also an elastic deformation and thus a recurring change the flatness of the bearing flange of the Azimutwälzlagers of wind turbines. These bearing flanges of the azimuth bearings fulfill then no longer required by the manufacturers of bearings tight tolerances in terms of plausibility, which for safe operation and the computational life is required. The mentioned operating conditions and the resulting elastic deformations can be the Life of the rolling bearing significantly reduce and in the worst case lead to its destruction.

Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Konstruktion zur Verfgügung zu stellen, welche auch bei wechselnden Lastfällen einen möglichst gleichmäßigen Kraftübergang zwischen den Bauteilen der Konstruktion gewährleistet und eine Verformung im Bereich des Überganges von den Eckstielen zu der Befestigung von Baugruppen am oberen Ende des Turmes vermindert.The The object of the invention is therefore to provide a construction available provide, even with changing load cases as even force transfer between the components of the construction and ensures a deformation in the area of the transition from the corner stems to the mounting of assemblies at the top of the tower diminished.

Diese Aufgabe wird durch eine Erfindungsanordnung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst. Grundgedanke ist dabei, eine schädliche Belastung der Bolzenverbindungen und/oder des Azimutlagers zu vermeiden, indem der Übergang der Kräfte vom Topf (1) der Gondel in die Eckstiele durch konstruktive Maßnahmen vergleichmässigt wird und die Kombination der Materialien im Bereich des Überganges von dem Topf (1) zu den Eckstielen (2) vorzugsweise durch eine Angleichung der Steifigkeit der zu verbindenen Baugruppen möglichst gleichmäßig gestaltet wird und so eine schädliche Belastung der Bolzenverbindungen und/oder des Azimutlagers vermieden wird.This object is achieved by an inventive arrangement according to the preamble of claim 1. The basic idea is a harmful load on the bolt connections and / or the azimuth bearing to avoid by the transfer of forces from the pot ( 1 ) the gondola in the corner handles is made uniform by constructive measures and the combination of materials in the area of the transition from the pot ( 1 ) to the corner posts ( 2 ) is preferably made as uniform as possible by an approximation of the stiffness of the modules to be connected and thus a harmful load on the bolt connections and / or the azimuth bearing is avoided.

Die besondere Form des Anschlusses der Eckstiele (2) der Fachwerkkonstruktion an den oberen Teil des Turmes einerseits, sowie die auf das Problem bezogene besonders ausgewählte, mathematisch ermittelte Materialwahl hinsichtlich Werkstoff und Materialstärke andererseits ermöglichen die Entkopplung der aus der Turmschwingung resultierenden Kräfte von den Bolzenverbindungen und/oder den Flanschen des Azimutlagers. Dabei werden die Kräfte durch den speziell bemessenen "steifen" Teil des Turmes, dargestellt durch den Topf (1), über die ebenfalls speziell ausgeformten Anschluss-Koppelbleche in den darunter liegenden, entsprechend "weichen Teil des Turmes, dargestellt durch die Fachwerkkonstruktion, abgeleitet. Die Kombination von "steifen" und "weichen" Konstruktionsteilen und besonders die spezielle Form der Verbindung beider Teile mittels verschraubter Anschluss-Koppelbleche stellt sicher, dass die auftretenden Kräfte ausschliesslich zu elastischer Verformung in der Fachwerkkonstruktion führen, nicht aber im empfindlichen Bereich des Lagerflansches für das Azimutlager. Dadurch wird sichergestellt, dass die in der Fertigung erreichte Planebenheit der Flanschoberfläche auch während des Betriebes der Windkraftanlage erhalten bleibt, und somit die Lebensdauer des Lagers nicht durch die Turmschwingungen negativ beeinflusst wird.The special form of connection of the corner handles ( 2 ) of the truss structure on the upper part of the tower on the one hand, as well as the problem related particularly selected, mathematically determined material choice in terms of material and material thickness on the other hand allow the decoupling resulting from the tower vibration forces of the bolt connections and / or the flanges of the azimuth bearing. The forces are due to the specially sized "stiff" part of the tower, represented by the pot ( 1 ), via the also specially shaped connection coupling plates in the underlying, corresponding "soft part of the tower, represented by the truss structure, derived .The combination of" stiff "and" soft "construction parts and especially the special form of the connection of the two parts Bolted connection coupling plates ensure that the occurring forces exclusively lead to elastic deformation in the truss structure, but not in the sensitive area of the bearing flange for the azimuth bearing.This ensures that the flatness of the flange surface achieved in production also during operation of the wind turbine is maintained, and thus the life of the bearing is not adversely affected by the tower vibrations.

Zur Illustration der Ausführungen zeigt:to Illustration of the achievements shows:

1: Erfindungsgemässer Übergangsbereich von Eckstielen auf den Topf einer Windkraftanlage 1 : Inventive transition region of corner stalks on the pot of a wind turbine

2: Erfindungsgemässer Übergangsbereich von Eckstielen auf den Topf einer Windkraftanlage (Variation) 2 : Transition region of corner stems according to the invention to the pot of a wind power plant (variation)

3: Elastischer Übergangsbereich von Eckstielen auf den Topf einer Windkraftanlage 3 : Elastic transitional area of corner stalks on the pot of a wind turbine

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung bildet die Einbringung von Nuten (3) und/oder Bohrungen in den Topf (1) der Gondel. Die zu übertragenden Kräfte können hierbei durch die Gestaltung der Nuten (3) so umgelenkt werden, dass sie gleichmäßig auf die Bolzenverbindung wirken. Somit werden an keiner Stelle der Verbindung die zulässigen Belastungsgrenzen überschritten.A particularly advantageous embodiment of the invention forms the introduction of grooves ( 3 ) and / or holes in the pot ( 1 ) of the gondola. The forces to be transmitted can be determined by the design of the grooves ( 3 ) are deflected so that they act evenly on the bolt connection. Thus, the permissible load limits are not exceeded at any point of the connection.

Um die Konzentration der Kräfte an den Enden der Schlitze zu vermeiden, ist es vorteilhaft den Übergang von den Schlitzen zu dem Topf (1) durch einen belastungsoptimierten Übergang, vorzugsweise einen Radius (4), zu gestalten.In order to avoid the concentration of forces at the ends of the slots, it is advantageous to make the transition from the slots to the pot ( 1 ) by a load-optimized transition, preferably a radius ( 4 ), to design.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bildet die Verwendung eines zum eigentlichen Profil des Eckstieles (2) veränderte Geometrie im Anschlussbereich zwischen der Gondel und dem Eckstiel (2). So wird durch eine Verbreiterung des Anschlussbereiches die Kontaktfläche zwischen Eckstiel (2) und Gondel erhöht. Dadurch können die Bolzenverbindungen auf eine größere Fläche verteilt werden, was sich wiederum günstig auf die Vergleichmäßigung des Kraftflusses auswirkt.A further particularly advantageous embodiment of the invention forms the use of a to the actual profile of the corner stem ( 2 ) changed geometry in the connection area between the nacelle and the corner post ( 2 ). Thus, by broadening the connection area, the contact area between corner post ( 2 ) and gondola increased. As a result, the bolt connections can be distributed over a larger area, which in turn has a favorable effect on the equalization of the power flow.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Eckstiele (2) nicht direkt an dem Topf (1) sondern an einem ringförmigen Element befestigt sind, welches wiederum mit dem Topf (1) der Gondel verbunden ist. Hierbei besteht die Verbindung zwischen dem ringförmigen Element und der Gondel vorzugsweise aus Schraubverbindungen. Es existiert je nach Ausgestaltung des ringförmigen Elementes auch die Möglichkeit, den Zwischenraum zwischen dem ringförmigen Element und der Gondel mit einem Medium zu füllen, das die Aufgabe einer gleichmäßigen Kraftverteilung übernimmt. Bei diesem Medium kann es sich um eine Flüssigkeit, aber auch um ein aushärtbares Medium handeln.Another particularly advantageous embodiment of the invention results from the fact that the corner handles ( 2 ) not directly on the pot ( 1 ) but are attached to an annular element, which in turn with the pot ( 1 ) of the nacelle is connected. In this case, the connection between the annular element and the nacelle preferably consists of screw connections. Depending on the design of the annular element, there is also the possibility of filling the intermediate space between the annular element and the nacelle with a medium which assumes the task of a uniform distribution of force. This medium can be a liquid, but also a curable medium.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Medium zwischen dem Topf (1) und dem Eckstiel (2) ein elastisches Material beispielsweise Teflon oder Gummi ist. Dieses Material kann erfindungsgemäss so zwischen den Topf (1) und dem Eckstiel (2) angebracht werden, sich die Bauteile nicht berühren und die Kraftübertragung über das elastische Material bewerkstelligt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es zudem vorgesehen, dass sich zwischen dem Topf (1) und den Eckstielen (2) bzw. zwischen dem Topf (1) und an den Eckstielen (2) angebrachten Bauteilen in der Art eines Formschlusses gestaltet wird. Dieses kann z.B. durch eine konusförmige Verjüngung des Topfdurchmessers geschehen, welche die auftretenden Kräfte im Wesentlichen auf einem entsprechend ausgeformten Ring oder auf entsprechend ausgeformten Segmenten, die mit den Eckstielen des Turmes verbunden sind, ableiten.Furthermore, it is inventively provided that the medium between the pot ( 1 ) and the corner handle ( 2 ) is an elastic material such as Teflon or rubber. This material can according to the invention so between the pot ( 1 ) and the corner handle ( 2 ) are mounted, the components do not touch and the power transmission is accomplished via the elastic material. In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is also provided that between the pot ( 1 ) and the corner stems ( 2 ) or between the pot ( 1 ) and at the corner posts ( 2 ) mounted components in the manner of a positive connection is designed. This can be done for example by a conical taper of the pot diameter, which derive the forces occurring substantially on a correspondingly shaped ring or on correspondingly shaped segments which are connected to the corner posts of the tower.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zwischen diesen formschlüssigen Elementen zusätzlich ein elastischer Werkstoff. Hier kann es sinnvoll sein, den elastischen Werkstoff mittels z.B. eines Spannringes, der vorzugsweise aus Segmenten besteht, vorzuspannen, um so einen besonders vorteilhaften Kraftübergang zwischen dem Topf (1) und den Eckstielen zu erhalten. Insgesamt resultiert aus den oben genannten Ausführungsformen eine Vergleichmässigung des Kraftüberganges zwischen den Funktionselementen eines hohen Bauwerkes und der Tragkonstruktion des genannten hohen Bauwerkes.In a particularly advantageous embodiment of the invention is located between these form-fitting elements in addition an elastic material. Here it may be useful to the elastic material by means of, for example, a clamping ring, preferably consists of segments, biasing, so as to provide a particularly advantageous force transfer between the pot ( 1 ) and the corner stems. Overall, results from the above embodiments, a uniformity of the power transfer between the functional elements of a high building and the supporting structure of said high building.

Claims

Components which have a different rigidity and which are connected, characterized in that the different stiffness of the components by constructive measures and / or the force transfer between the components by the design of the shape of the transition and / or the introduction of a material, which in a ratio to the building materials of the components has different rigidity, is aligned and one of the components receives the functional elements of a high structure and the other component initiates the forces arising from the weight and operation of the functional elements in a supporting structure.

Invention according to the preamble of claim 1, characterized in that the first component preferably a Eckstiel ( 2 ) of a lattice mast or a tubular tower and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle.

Invention according to the preamble of the claim 1, characterized in that the first component preferably the Supporting structure of a crane and the second component receives forces from lifting operations.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the pot ( 1 ) or the corner handles ( 2 ) material breaking grooves ( 3 ) in the area of the connection point of the corner post ( 2 ) having.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the ends of the material-piercing grooves ( 3 ) with a rounding ( 4 ) are provided.

Invention according to the preamble of claim 1, characterized in that the first component is a corner handle ( 2 ) of a lattice mast and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle and that the pot ( 1 ) Material recesses ( 5 ), preferably recesses which at least partially the material of the pot ( 1 ) do not break through.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the first component is a corner handle ( 2 ) of a lattice mast and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle and that the corner post ( 2 ) is provided with holes of different spacing and / or these holes have different diameters.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the first component is a corner handle ( 2 ) of a lattice mast and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle and that the corner post ( 2 ) has no constant profile.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the first component is a corner handle ( 2 ) of a lattice mast and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle and that the corner post ( 2 ) on an annular element ( 8th ), which is located between the corner post ( 2 ) and the pot ( 1 ) of the nacelle is arranged.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the first component is a corner handle ( 2 ) of a lattice mast and the second component of the pot ( 1 ) is below a nacelle and that the corner post ( 2 ) on an annular element ( 8th ), which is located between the corner post ( 2 ) and the pot ( 1 ) of the nacelle and between the annular element ( 8th ) and the pot ( 1 ) a pressure-distributing medium ( 6 ) is introduced.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the pressure-distributing medium ( 6 ) has a liquid consistency at the time of introduction.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the pressure-distributing medium ( 6 ) has a firm consistency and the elasticity of the pressure-distributing medium ( 6 ) greater than the elasticity of the material of the nacelle or the connected corner stem ( 2 ).

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the connection between pot ( 1 ) and corner handle ( 2 ) substantially on a positive connection ba Siert.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that in an essentially positive connection of pot ( 1 ) and corner handle ( 2 ) an elastic pressure-distributing medium ( 6 ) between pot ( 1 ) and corner handle ( 2 ) is mounted.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that an elastic pressure-distributing medium ( 6 ) between pot ( 1 ) and corner handle ( 2 ) preferably by pressure on a ring ( 7 ) which is preferably designed segment-like, is compressed.

Invention according to the preamble of claim 1 and one or more of the following claims, characterized in that the lower end of the pot ( 1 ) at least one segment ( 9 ) which has a smaller and / or larger diameter than the pot ( 1 ) and at the corner posts ( 2 ) Segments ( 9 ) which have a supporting effect on the corresponding non-cylindrical segments ( 10 ) of the pot ( 1 ) exercise.